15. února 2019 4:16 Lidovky.cz > Relax > Věda

Užitečná výjimka z dědičnosti. Novou metodu genového inženýrství vědci využijí při šlechtění

Testování DNA, ilustrační foto | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy Testování DNA, ilustrační foto | foto: Shutterstock

Vědci zařídili laboratorním myším omluvu z Mendelových zákonů. Nová metoda genového inženýrství najde uplatnění při šlechtění zvířat, ale také při hubení nebezpečných zvířecích vetřelců.

Zákony zformulované Gregorem Johannem Mendelem říkají, že každá vloha se v dědičné informaci vyskytuje ve dvou „výtiscích“, z nichž jeden dědíme od matky a druhý od otce. Sami pak předáváme potomkovi jen jednu z dvojice svých vloh. Druhou vlohu dostane od našeho partnera.

Před čtyřmi roky zařídili američtí genetici Ethan Bier a Valentino Gantz muškám octomilkám výjimku z Mendelových zákonů. Vnesli do dědičné informace mušky uměle vytvořenou mutaci, která se označuje jako gene drive. Když ji rodič předá potomkovi, je celkem jedno, jakou vlohu zdědí potomek do páru od druhého rodiče. Gene drive obsahuje instrukci pro tvorbu molekulárních nástrojů, které „obyčejnou“ vlohu od druhého rodiče „přepíšou“.

Gene drive může kódovat jakoukoli dědičnou vlastnost. V tom se od běžných genů neliší. Unikátní je způsob jeho šíření. I když ho potomek zdědí jen od jednoho rodiče, díky „přepisu“ je výsledek stejný, jako kdyby ho zdědil od obou rodičů. Zastoupení takové vlohy v populaci se může pouze zvyšovat. Šíří se jakousi řetězovou reakcí.

Teoreticky stačí vypustit do populace jednoho jediného nositele gene drive, a pokud se bude rozmnožovat, podíl nositelů umělé vlohy v populaci s každou další generací naroste. Nakonec tvoří populaci jen nositelé gene drive.

Bier a Gantz ve svém pokusu vypustili do hejna octomilek jedno procento nositelů gene drive, jehož účinky se projevovaly změnou barvy z šedé na žlutou. Po deseti generacích už tvořily populaci jen mutované žluté mušky.

Rizika a přísliby

Práce s gene drive podléhá nejpřísnějším bezpečnostním regulím, protože kdyby uprchl do volné přírody jediný živočich s umělou vlohou, mohl by změnit dědičnou informaci celé divoké populace příslušníků svého druhu. Na půdě OSN se dokonce na sklonku minulého roku diskutovalo o úplném zákazu výzkumu s gene drive. Návrh ale neprošel, protože umělé vlohy tohoto typu otevírají cestu k řešení některých závažných problémů.

Dnes už jsou k dispozici komáři s gene drive, který chrání své nositele před infekcí prvoky vyvolávajícími malárii. Tito komáři by nepřenášeli malárii na lidi, a kdybychom je vypustili v subsaharské Africe, přepsal by jejich gene drive dědičnou informaci volně žijících komárů. Komáři šířící malárii by zmizeli, nebo by jejich počty aspoň výrazně klesly. Choroba, jíž se ve světě ročně nakazí 220 milionů lidí a z nich půl milionu zemře, by se stala minulostí. Podobně lze obrnit komáry proti nákaze virem horečky dengue či onemocnění zika.

Komáří s gene drive zůstávají uzavření v těch nejdůkladněji zabezpečených laboratořích. Jakmile budou jednou vypuštěni, nastartují nevratný proces, jehož vedlejší účinky nejsou zatím úplně jasné. Komáři plní v přírodě řadu důležitých rolí. Opylují některé rostliny a mnoha tvorům slouží jako potrava. Plošný zásah do komáří populace by proto mohl narušit celé ekosystémy.

Nasazení komárů s gene drive proti malárii se přesto s velkou opatrností chystá v několika afrických zemích. Nejdále pokročily přípravy v Burkině Faso, kde by mohli první komáři s odolností k malárii vylétnout do přírody v roce 2024.

Zbraň proti vetřelcům

Zatím se dařilo vybavit „přepisovacími“ umělými mutacemi hmyz. U savců naráželi vědci na velké obtíže. První úspěch však nyní hlásí tým vedený Ethanem Bierem a Kimberley Cooperovou z Kalifornské univerzity v San Diegu.

Vědci vybavili myši umělou mutací, která mění barvu srsti z šedé na bílou, a zároveň vnesli do dědičné informace potomků novou vlohu pro červeně fluoreskující barvivo. Odzkoušeli hned tři způsoby předávání této vlohy. V prvním dědili potomci gene drive ve vajíčku od matky, v druhém ho předával potomkům otec spermií a v třetím případě se gene drive vytvářel až v raném embryu. Z nepříliš jasných důvodů fungoval myší gene drive pouze v případě, že ho potomek dostal od matky ve vajíčku. I pak měla umělá vloha daleko do dokonalosti. „Přepis“ fungoval nejvýše na 80 procent.

Přesto vítají genetici a biologové novou studii publikovanou v předním vědeckém časopise Nature jako průlomovou. Už v nynější nedokonalé podobě lze gene drive využít ke spolehlivějšímu šlechtění laboratorních myší a dalších druhů savců.

„Přepisovací“ geny se mohou uplatnit také u prasat s dědičnou informací upravenou tak, aby bylo možné transplantovat jejich orgány těžce nemocným pacientům, pro které se marně hledá vhodný lidský dárce. Pro tyto účely je třeba změnit dědičnou informaci prasete na mnoha místech a všechny úpravy nelze provést najednou.

DNA

Když pak chtějí vědci zkřížit prasata nesoucí různé úpravy dědičné informace tak, aby se u narozených selat sešly všechny změny navozené u rodičů, představuje dědičnost respektující Mendelovy zákony velkou překážku. Pokud získají rodičovská zvířata dědičné změny ve formě gene drive, bude přenos těchto vloh na potomky spolehlivý, jednoduchý a rychlý.

Do populací volně žijících zvířat bude možné vnést gene drive snižující jejich životaschopnost. To by usnadnilo boj se zvířecími vetřelci ničícími jedinečné ekosystémy, třeba s potkany zavlečenými do unikátní přírody Galapážských ostrovů.

Novozélanďané zvažují nasazení gene drive proti vačnatci kusu liščímu (Trichosurus vulpecula), kterého dovezli z Austrálie v roce 1850 jako kožešinové zvíře. Dnes žije na Novém Zélandu 30 milionů těchto zvířat a těžce devastují původní faunu i flóru.

Avšak složitost těchto úvah dokazují Australané. Ti se hubení novozélandských kusu bojí, protože kdyby se jediný nositel „hubícího“ gene drive dostal zpět do Austrálie, nastartoval by vymírání tamějších kusu liščích.